CN104235684A - 激光背光板 - Google Patents

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Abstract

一种激光背光板，包含激光光源、导光板、至少一反射层与至少一光发散结构。激光光源用以提供激光光束。导光板具有出光面、背光面与至少一侧面。背光面相对出光面设置，且侧面连接出光面与背光面。反射层至少部分包覆背光面与侧面。反射层用以将到达反射层的激光光束反射至出光面。光发散结构设置于导光板上。光发散结构用以发散激光光束，其中激光光束由光发散结构进入导光板，而被反射层反射至出光面。

Description

激光背光板
技术领域
本发明是有关于一种激光背光板。
背景技术
目前的侧入式背光板的光源多采用灯管或发光二极管。灯管或发光二极管所发出的光由导光板侧面入射，因此导光板的亮度会随着与发光元件的横向距离增加而减少，光的使用效率不高，故不适用于大尺寸面板的背光源。另一方面，因灯管或发光二极管所发出的光，具有一定的频宽范围，因此背光板所混合的光的色彩饱合度会有所限制，背光板的品质无法提升。再加上灯管或发光二极管所发出的光具有大发散角度，因此背光板的厚度也必须跟着增加，以避免漏光的问题。
发明内容
一种激光背光板包含激光光源、导光板、至少一反射层与至少一光发散结构。激光光源用以提供激光光束。导光板具有出光面、背光面与至少一侧面。背光面相对出光面设置，且侧面连接出光面与背光面。反射层至少部分包覆背光面与侧面。反射层用以将到达反射层的激光光束反射至出光面。光发散结构设置于导光板上。光发散结构用以发散激光光束，其中激光光束由光发散结构进入导光板，而被反射层反射至出光面。
在一或多个实施方式中，光发散结构位于导光板的侧面，且光发散结构为凹槽。
在一或多个实施方式中，凹槽具有发散面，且发散面为曲面。
在一或多个实施方式中，光发散结构为绕射元件。
在一或多个实施方式中，绕射元件位于导光板的侧面。
在一或多个实施方式中，出光面与侧面相夹有一锐角。绕射元件设置于出光面邻接侧面的一端，激光光源的激光光束通过绕射元件进入导光板后，由设置于侧面的反射层反射而在导光板中行进。
在一或多个实施方式中，出光面与侧面相夹有一锐角。绕射元件设置于出光面邻接侧面的一端，且反射层暴露部分的侧面。激光光源的激光光束通过绕射元件进入导光板后，于暴露的侧面反射而在导光板中行进。
在一或多个实施方式中，背光面与侧面相夹有一锐角。背光面邻接侧面的一端被反射层暴露，且绕射元件设置于背光面邻接侧面的该端。激光光源的激光光束通过绕射元件进入导光板后由设置于侧面的反射层反射而在导光板中行进。
在一或多个实施方式中，背光面与侧面相夹有一锐角。背光面邻接侧面的一端与部分的侧面暴露于反射层，且绕射元件设置于背光面邻接侧面的该端。激光光源的激光光束通过绕射元件进入导光板后，于暴露的侧面反射而在导光板中行进。
在一或多个实施方式中，绕射元件包含多个微结构。
在一或多个实施方式中，微结构呈周期排列。
在一或多个实施方式中，上述的激光背光板还包含至少一导引介质，置于激光光源与光发散结构之间。导引介质用以将激光光束导引至光发散结构。
上述的激光背光板利用激光作为光源，且使用光发散结构以发散激光，因此可达成降低耗能、提高色彩饱和度、提升光板面积与减小光板厚度的好处。另一方面，利用导引介质分隔发光区(即导光板)与激光光源可加强激光背光板的电路安全。
附图说明
图1A绘示依照本发明第一实施方式的激光背光板的俯视图；
图1B绘示沿图1A的线段A-A的剖面图；
图2A绘示依照本发明第二实施方式的激光背光板的局部立体图；
图2B绘示图2A的激光背光板的俯视图；
图2C绘示沿图2B的线段B-B的剖面图；
图3A绘示本发明第三实施方式的激光背光板的俯视图；
图3B绘示本发明第四实施方式的激光背光板的俯视图；
图4绘示本发明第五实施方式的激光背光板的俯视图；
图5A绘示本发明第六实施方式的激光背光板的俯视图；
图5B绘示图5A的绕射光的空间分布与强度分布图；
图6A绘示图5A的绕射元件的一实施方式的示意图；
图6B绘示图5A的绕射元件的另一实施方式的示意图；
图7A与图7B分别绘示本发明第七实施方式与第八实施方式的激光背光板的俯视图；
图8绘示本发明第九实施方式的激光背光板的俯视图；
图9绘示本发明第十实施方式的激光背光板的侧视剖面图；
图10绘示本发明第十一实施方式的激光背光板的侧视剖面图。
具体实施方式
以下将以附图揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些已知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示。
请同时参照图1A与图1B，其中图1A绘示依照本发明第一实施方式的激光背光板的俯视图，图1B绘示沿图1A的线段A-A的剖面图。激光背光板包含激光光源110、导光板120、至少一反射层130与至少一光发散结构(在本实施方式为凹槽140)。激光光源110用以提供激光光束112。导光板120具有出光面122、背光面124与至少一侧面126。背光面124相对出光面122设置，且侧面126连接出光面122与背光面124。反射层130至少部分包覆背光面124与侧面126，例如在本实施方式中，反射层130全面包覆背光面124与侧面126。反射层130用以将到达反射层130的激光光束112反射至出光面122。凹槽140设置于导光板120上，且凹槽140用以发散激光光束112，其中激光光束112由凹槽140进入导光板120，而被反射层130反射至出光面122。如此一来，因本实施方式的激光背光板使用激光光源110，且利用凹槽140以发散激光光束112，因此可达成降低耗能、提高色彩饱和度、提升光板面积与减小光板厚度的好处。
详细而言，因激光光源110(例如为激光二极管)的发光效率远大于发光二极管或灯管，因此使用激光光源110可降低激光背光板的耗能。再加上激光具有高度的准直性，激光光束112可传播的距离远大于发光二极管，且光发散程度远小于发光二极管，因此可应用于较大尺寸且较小厚度的激光背光板。当激光光束112经过凹槽140后，激光光束112可依照凹槽140的设计而具有特定的发散方向，因此激光光束112可较有效率地均匀分布于导光板120中。换言之，经由激光光源110与凹槽140的结合，本实施方式的激光背光板能够以较少数量的激光光源110来达到光均匀分布的目的。另一方面，因激光光束112为单频(或为极窄频)，其色彩纯度高，因此使用多种颜色(如红绿蓝三原色)的激光当作激光光源110以进行混光可达成色彩饱和度较高的激光背光板。
在本实施方式中，凹槽140位于导光板120的侧面126，且凹槽140具有二发散面142。虽然激光光束112具有高度的准直性，然而实际的激光光束112仍然具有微小的发散角度和光束截面大小(如图1A所绘示)，因此激光光束112可同时打至二发散面142上。激光光束112自凹槽140的发散面142进入导光板120，因发散面142的角度与折射的关系，激光光束112在通过发散面142后会更加发散开来。换言之，在导光板120中，激光光束112可以较大的发散角度前进，以达成光均匀分布的目的。
在一或多个实施方式中，为了帮助光束的散射，导光板120可包含多个微粒结构，其中微粒结构可以刻制或涂(贴)的方式置于导光板120的背光面124上。而当导光板120具有微粒结构时，为了增加激光光束112的散射，发散面142可设计为将激光光束112导引至背光面124。例如图1B的发散面142可选择往下倾斜，使得激光光束112可进一步往背光面124方向传播，然而本发明不以此为限。
在一或多个实施方式中，导光板120的材质可为透明或半透明的材质，例如为玻璃、塑胶或压克力(PMMA)。另外虽然图1A的导光板120为矩形，然而在其他的实施方式中，导光板120可依照激光背光板的实际需求而选择其外形，如圆形或多边形，本发明不以此为限。
接着请同时参照图2A与图2B，其中图2A绘示依照本发明第二实施方式的激光背光板的局部立体图，图2B绘示图2A的激光背光板的俯视图。第二实施方式与第一实施方式的不同处在于凹槽140的发散面142的数量与形状。在本实施方式中，发散面142为曲面。
详细而言，请先参照图2B，以俯视方向观看，发散面142为面向导光板120弯曲的曲面，因此发散面142与导光板120的组合可视为凹透镜的结构。当激光光束112在通过发散面142后，发散面142的曲面结构以及折射的关系，使得激光光束112的发散角度增加，因此发散面142能将激光光束112更有效率地均匀分布于导光板120中。
接着请参照图2C，其绘示图2B沿线段B-B的剖面图。承上所述，激光光束112在垂直方向(定义为与出光面122垂直的方向)亦具有微小的发散角度。为了减少导光板120的厚度，以侧视方向观看，发散面142可为面向激光光源110弯曲的曲面，因此发散面142与导光板120的组合可视为凸透镜的结构。当激光光束112在通过发散面142后，发散面142的曲面结构以及折射的关系，激光光束112的发散角度会被收敛，以达成减少导光板120厚度的目的。
同样的，在一或多个实施方式中，当导光板120的背光面124具有微粒结构时，为了增加激光光束112的散射，发散面142亦可设计为将激光光束112导引至背光面124的曲面。例如发散面142并非为以出光面122与背光面124的中心面对称的曲面(如图2C所绘示)，而是发散面142的曲面中心较靠近出光面122，因此激光光束112可进一步往背光面124方向传播。至于第二实施方式的其余细节因与第一实施方式相同，因此便不再赘述。
接着请参照图3A，其绘示本发明第三实施方式的激光背光板的俯视图。第三实施方式与第一实施方式的不同处在于激光光源110与凹槽140的数量。在本实施方式中，为了增加激光背光板的光强度，激光光源110与凹槽140的数量皆可大于一个。例如当导光板120为矩形时，激光光源110与凹槽140可分布于导光板120的四个侧面126。因此激光光束112可分边自四个侧面126通过凹槽140而进入导光板120，因此本实施方式的激光背光板的强度，相较于第一实施方式的激光背光板可增强为四倍。至于第三实施方式的其余细节因与第一实施方式相同，因此便不再赘述。
接着请参照图3B，其绘示本发明第四实施方式的激光背光板的俯视图。第四实施方式与第三实施方式的不同处在于激光光源110与凹槽140的位置。在本实施方式中，导光板120为矩形，而激光光源110与凹槽140则分布于导光板120的四个角落。因此激光光束112可分边自四个角落通过凹槽140而进入导光板120。至于第四实施方式的其余细节因与第三实施方式相同，因此便不再赘述。
应注意的是，第三实施方式与第四实施方式的激光光源110与凹槽140的数量与位置皆仅为例示，并非用以限制本发明。本发明所属领域具通常知识者，应视实际需要，弹性设计激光光源110与凹槽140的数量与位置。
接着请参照图4，其绘示本发明第五实施方式的激光背光板的俯视图。第五实施方式与第一实施方式的不同处在于凹槽140的数量以及导引介质150的存在。在本实施方式中，激光背光板还包含二导引介质150，置于激光光源110与凹槽140之间，导引介质150例如为光纤或光导管，用以将激光光束112导引至凹槽140。具体而言，在本实施方式中，一个激光光源110可通过导引介质150而将激光光束112分别导引至四个凹槽140。此种设计可应用于激光光源110与导光板120之间为远距时的情况，例如红绿灯的导光板120可置于红绿灯号志后方，而激光光源110则可置于灯柱中以方便更换，且因激光光源110(具有电源)与导光板120(为发光区)之间以导引介质150分隔，因此可减少电路漏电或老化而影响发光区的机会，藉以加强激光背光板的安全性。至于第五实施方式的其余细节因与第一实施方式相同，因此便不再赘述。
接着请参照图5A，其绘示本发明第六实施方式的激光背光板的俯视图。第六实施方式与第一实施方式的不同处在于光发散结构的类型。在本实施方式中，光发散结构为绕射元件(Diffractive Optical Element；DOE)160，且绕射元件160位于导光板120的侧面126。绕射元件160主要通过改变光束的波前而产生建设性(Constructive)干涉与破坏性(Destructive)干涉的组合以调节光束。因此当激光光束112经过绕射元件160后，激光光束112的波前即被改变，例如在本实施方式中，激光光束112被分成多条绕射光114，这些绕射光114分别以不同的方向传播，以达到光束发散的目的。应注意的是，图5A中的实线箭头表示绕射光114的光束中心，而虚线箭头则表示绕射光114的光束边缘。
接着请参照图5B，其绘示图5A的绕射光114的空间分布与光强度分布图，其中光强度分布图绘示Y＝0处的绕射光114沿X轴的光强度。本实施方式的绕射光114的光强度于空间上的分布并不均匀，例如为高斯分布。具体而言，绕射光114的光束中心具有较强的光强度，其光强度随者远离光束中心而减弱。为了补足其强度，相邻的两条绕射光114之间可部分互相重叠，使得绕射光114中光强度稍弱的部分可互相补足，以达到导光板120的光均匀的目的。
接着请回到图5A。在一或多个实施方式中，激光背光板还可包含粘合介质170，置于绕射元件160与导光板120之间。粘合介质170例如为透明胶，用以将绕射元件160贴附于导光板120上。然而在其他的实施方式中，绕射元件160亦可与导光板120一体成型，例如绕射元件160以刻制或压印的方式印于导光板120上，本发明不以此为限。
接着请参照图6A，其绘示图5A的绕射元件160的一实施方式的示意图。为了达到上述的分光的目的，绕射元件160具有多个微结构162，且微结构162呈周期排列，以形成相位光栅。利用微结构162所形成的高度差异，使得通过的光束改变其波前而产生绕射。因此当图5A的激光光束112通过相位光栅后，激光光束112会沿不同角度而产生多个绕射阶的绕射光114(如图5A所绘示)。
然而绕射元件160并不以图6A的结构为限。接着请参照图6B，其绘示图5A的绕射元件160的另一实施方式的示意图。在本实施方式中，微结构162不呈周期排列。绕射元件160可依照实际应用而设计绕射光的传播方向与角度，例如当导光板120的背光面124(如图1B所绘示)具有微粒结构时，可设计绕射元件160将绕射光往背光面124方向导引。因此绕射元件160可依照特定绕射光的传播方向与角度而设计其微结构162的分布方式，如图6B所绘示。应注意的是，图6B的微结构162的分布方式仅为例示，并非用以限制本发明。本发明所属领域具通常知识者，应视实际需要，弹性设计微结构162的分布方式。至于第六实施方式的其余细节因与第一实施方式相同，因此便不再赘述。
接着请同时参照图7A与图7B，其分别绘示本发明第七实施方式与第八实施方式的激光背光板的俯视图。此二实施方式与第六实施方式的不同处在于激光光源110与绕射元件160的数量。在此二实施方式中，为了增加激光背光板的光强度，激光光源110与绕射元件160的数量皆可大于一个。例如当导光板120为矩形时，激光光源110与绕射元件160可分布于导光板120的四个侧面126，如图7A所示。因此激光光束112可分边自四个侧面126通过绕射元件160而进入导光板120。另外，如图7B所示，激光光源110与绕射元件160分布于导光板120的四个角落。因此激光光束112可分边自四个角落通过绕射元件160而进入导光板120。因此第七实施方式与第八实施方式的激光背光板的强度，相较于第六实施方式的激光背光板可增强为四倍。至于第七实施方式与第八实施方式的其余细节因与第六实施方式相同，因此便不再赘述。
接着请参照图8，其绘示本发明第九实施方式的激光背光板的俯视图。第九实施方式与第五实施方式的不同处在于光发散结构的类型。在本实施方式中，光发散结构为绕射元件160。同样的，当激光光源110与导光板120之间为远距时，导引介质150可置于激光光源110与绕射元件160之间，以将激光光束112分别导引至四个绕射元件160。另外虽然本实施方式的绕射元件160皆在导光板120的侧面126，然而本发明并不以此为限。在其他的实施方式中，绕射元件160亦可置于导光板120的角落。至于第九实施方式的其余细节因与第五实施方式相同，因此便不再赘述。
接着请参照图9，其绘示本发明第十实施方式的激光背光板的侧视剖面图。第十实施方式与第六实施方式的不同处在于绕射元件160的位置。在本实施方式中，出光面122与侧面126相夹一锐角θ。绕射元件160设置于出光面122邻接侧面126的一端。激光光束112通过绕射元件160而进入导光板120后，由设置于侧面126的反射层130反射而在导光板120中行进。然而在其他的实施方式中，反射层130可暴露部分的侧面126，使得用以反射激光光束112的部分侧面126的外侧不具有反射层130。激光光束112可通过导光板120与外在介质(在本实施方式中为空气)之间所具有的全反射角以进行反射，本发明不以此为限。
一般来说，对于中小型面板而言，其激光背光板的厚度较薄，因此不易将绕射元件160贴附或刻制于导光板120的侧面126。而在本实施方式中，因出光面122的面积较侧面126大，因此绕射元件160可较轻易地贴附或刻制于导光板120的出光面122，使得激光光束112在导光板120中行进与发散较有较好的效果。至于第十实施方式的其余细节因与第六实施方式相同，因此便不再赘述。
接着请参照图10，其绘示本发明第十一实施方式的激光背光板的侧视剖面图。第十一实施方式与第十实施方式的不同处在于绕射元件160的位置。在本实施方式中，背光面124与侧面126相夹一锐角θ。背光面124邻接侧面126的一端暴露于反射层130，且绕射元件160设置于背光面124邻接侧面126的该端，即设置于暴露于反射层130的部分背光面124。激光光束112通过绕射元件160而进入导光板120后，由设置于侧面126的反射层130反射而在导光板120中行进。而在其他的实施方式中，反射层130可暴露部分的侧面126，使得用以反射激光光束112的部分侧面126的外侧不具有反射层130。激光光束112可通过导光板120与外在介质(在本实施方式中为空气)之间所具有的全反射角以进行反射，本发明不以此为限。
与第十实施方式相似地，本实施方式的激光背光板亦适合应用于中小型面板上。且因在本实施方式中，激光光源110置于背光面124外侧，因此不会影响到激光背光板的出光。至于第十一实施方式的其余细节因与第十实施方式相同，因此便不再赘述。
虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (12)

1.一种激光背光板，其特征在于，包含：
一激光光源，用以提供一激光光束；
一导光板，具有一出光面、一背光面与至少一侧面，该背光面相对该出光面设置，且该侧面连接该出光面与该背光面：
至少一反射层，至少部分包覆该背光面与该侧面，该反射层用以将到达该反射层的该激光光束反射至该出光面；以及
至少一光发散结构用以发散该激光光束，其中该激光光束由该光发散结构进入该导光板，而被该反射层反射至该出光面。
2.根据权利要求1所述的激光背光板，其特征在于，该光发散结构位于该导光板的该侧面，且该光发散结构为一凹槽。
3.根据权利要求2所述的激光背光板，其特征在于，该凹槽具有一发散面，且该发散面为一曲面。
4.根据权利要求1所述的激光背光板，其特征在于，该光发散结构为一绕射元件。
5.根据权利要求4所述的激光背光板，其特征在于，该绕射元件位于该导光板的该侧面。
6.根据权利要求4所述的激光背光板，其特征在于，该出光面与该侧面相夹有一锐角，该绕射元件设置于该出光面邻接该侧面的一端，该激光光源的该激光光束通过该绕射元件进入该导光板后由设置于该侧面的该反射层反射而在该导光板中行进。
7.根据权利要求4所述的激光背光板，其特征在于，该出光面与该侧面相夹有一锐角，该绕射元件设置于该出光面邻接该侧面的一端，且该反射层暴露部分的该侧面，该激光光源的该激光光束通过该绕射元件进入该导光板后，于暴露的该侧面反射而在该导光板中行进。
8.根据权利要求4所述的激光背光板，其特征在于，该背光面与该侧面相夹有一锐角，该背光面邻接该侧面的一端暴露于该反射层，且该绕射元件设置于该背光面邻接该侧面的该端，该激光光源的该激光光束通过该绕射元件进入该导光板后由设置于该侧面的该反射层反射而在该导光板中行进。
9.根据权利要求4所述的激光背光板，其特征在于，该背光面与该侧面相夹有一锐角，该背光面邻接该侧面的一端与部分的该侧面暴露于该反射层，且该绕射元件设置于该背光面邻接该侧面的该端，该激光光源的该激光光束通过该绕射元件进入该导光板后，于暴露的该侧面反射而在该导光板中行进。
10.根据权利要求4所述的激光背光板，其特征在于，该绕射元件包含多个微结构。
11.根据权利要求10所述的激光背光板，其特征在于，所述多个微结构呈周期排列。
12.根据权利要求1所述的激光背光板，其特征在于，还包含至少一导引介质，置于该激光光源与该光发散结构之间，该导引介质用以将该激光光束导引至该光发散结构。
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